專利名稱：高傳熱效率的熱汽噴墨打印頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于熱汽噴墨打印頭，特別是關(guān)于高傳熱效率的熱汽噴墨打印頭，該打印頭由少許修改的標(biāo)準(zhǔn)雙極電路技術(shù)制造，所有打印頭的器件元都集成在同一硅片上，加熱電阻器由絕緣隔熱的介質(zhì)墻分開的單晶硅島形成，噴墨毛細(xì)管由同一種單晶硅材料形成。
已經(jīng)商品化的熱汽噴墨打印頭通常采用粘合技術(shù)將各種預(yù)制好的元件塊組合而成。常用的粘合技術(shù)有化學(xué)的，如在元件塊之間施加粘合劑；物理的，如在元件塊之間施加直流電壓。預(yù)制元件所用的材料包括單晶硅片，玻璃片，塑料片，金屬片等，預(yù)制元件的加工方法涉及半導(dǎo)體加工，玻璃刻蝕，塑料熱壓，以及金屬物理化學(xué)鍍等。
一個(gè)典型的例子是含有鎳噴嘴陣列的打印頭，由分別加工好的鎳片和硅片粘合而成。鎳噴嘴陣列的形成分成兩步。第一步準(zhǔn)備好預(yù)制件，包括含有條形槽的鎳片和含有加熱電阻器陣列的硅片。含有條形槽的鎳片用化學(xué)電鍍的方法形成，電鍍底片為一塊有光刻膠條的不銹鋼片，鎳層先在暴露的不銹鋼區(qū)形成，隨著鎳層加厚在光刻膠條上連接成片。為形成含有加熱電阻器陣列的硅片，將硅片進(jìn)行熱氧化在其表面形成二氧化硅層，然后在二氧化硅層上沉積導(dǎo)電電阻薄膜，并通過光刻腐蝕形成加熱電阻陣列。第二步用陽極結(jié)合的方法將一塊從不銹鋼片上取下的鎳片粘貼到形成有薄膜加熱電阻陣列的硅片上，使鎳片上的每個(gè)條形槽覆蓋一個(gè)加熱電阻器，從而形成一一相配的毛細(xì)管和加熱電阻器陣列。
另一個(gè)典型的例子是用塑料取代金屬鎳形成熱汽噴墨打印頭。制造的第一步先分別準(zhǔn)備好預(yù)制片，包括用熱塑模壓方法形成含有大量平行條槽的塑料塊，和在熱氧化處理的硅片上形成薄膜加熱電阻矩陣。第二步將塑料塊熱壓粘貼到硅片上，粘貼時(shí)保持硅片上的加熱電阻器與塑料塊上的條形槽一對(duì)應(yīng)，使粘貼后形成的每個(gè)毛細(xì)管都含有一個(gè)加熱電阻器。
這種兩片粘貼組合制造熱汽噴墨打印頭的方法存在不少問題。一是制造技術(shù)門類復(fù)雜，制造過程繁瑣紛亂，制造設(shè)備品種多樣，生產(chǎn)成本降低受到嚴(yán)重限制，因而市售價(jià)格長(zhǎng)期居高不下。二是兩個(gè)片子粘結(jié)在一起，所能達(dá)到的對(duì)準(zhǔn)精度有一定限制，器件尺寸難以進(jìn)一步縮小。三是不同組合材料的熱膨脹系數(shù)不同，容易在結(jié)合處產(chǎn)生裂縫，造成器件失效。
近幾年來，也有致力于發(fā)展單片集成熱汽噴墨打印頭的。其中一個(gè)例子是側(cè)面噴射單片集成熱汽噴墨打印頭，其噴嘴陣列的形成，基于硼摻雜濃度高于7×1019/cm3的單晶硅基本上不受乙二胺-鄰苯二酚-水(EDP)溶液腐蝕的特性。用于制造的硅片正面有許多高摻硼的條塊區(qū)，EDP溶液從硅片正面腐蝕時(shí)，腐蝕只能在未摻硼的硅區(qū)進(jìn)行。當(dāng)腐蝕未摻硼硅區(qū)深度超過高摻硼條形區(qū)厚度時(shí)，腐蝕橫向擴(kuò)張到高摻硼條塊區(qū)的下部，在條塊區(qū)下部形成倒置的梯形條形凹槽，凹槽的四面?zhèn)缺跒?110)晶面。由于EDP溶液對(duì)(111)晶面的腐蝕速率遠(yuǎn)低干對(duì)(100)和(110)晶面的腐蝕速率，經(jīng)過足夠長(zhǎng)時(shí)間的腐蝕，腐蝕形成的凹槽，不論最初用的掩模圖形如何，最終都是由(111)晶面圍繞而成的四面錐體。條形凹槽形成后，用熱氧化和低溫化學(xué)氣相沉積(LPCVD)的電介質(zhì)密封腐蝕開口，繼而在電介質(zhì)層上形成多晶硅加熱電阻器，金屬布線，和飩化層完成器件制造。
這種單片結(jié)構(gòu)的熱汽噴墨打印頭與上述兩片組合結(jié)構(gòu)的熱汽噴墨打印頭比較，有不少進(jìn)步之處，最主要的進(jìn)步是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了，制造變成比較單純的半導(dǎo)體加工。但仍存在不少問題，主要是加熱電阻器產(chǎn)生的熱量輸送到墨水管，使墨水加熱汽化的效率，不是提高了，而是降低了。在兩片結(jié)構(gòu)里，加熱電阻器產(chǎn)生的熱量只須經(jīng)過鈍化保護(hù)層就進(jìn)入墨水，使墨水加熱汽化。而在這種單片結(jié)構(gòu)里，加熱電阻器產(chǎn)生的熱量要經(jīng)過電介質(zhì)層和高摻硼的硅肋進(jìn)入墨水。電介質(zhì)的熱導(dǎo)率低，熱阻大，只有一部分熱量能通過電介質(zhì)層進(jìn)入硅肋。硅的熱導(dǎo)率高，熱阻小，流入硅肋的熱量可以縱向流動(dòng)也可以橫向流動(dòng)，橫向流過硅肋的熱量進(jìn)而流入硅墻散失。由此可見，加熱電阻器產(chǎn)生的熱量有一部分被電介質(zhì)層阻擋散失，又有一部分通過硅肋和硅墻傳導(dǎo)散失，剩下的部分才能進(jìn)入墨水管，使墨水加熱汽化，因此這種單片結(jié)構(gòu)的熱傳遞效率并不高。此外，為形成墨水管，要堵塞硅肋之間的縫隙，堵塞時(shí)硅肋的下部是空的，被堵塞的縫隙下表面不可能與硅肋下表面一樣平坦，而很可能是凹凸不平，其結(jié)果必然妨礙墨水的流動(dòng)，使墨水噴射較難控制。再其次，高硼摻雜層形成后不能再經(jīng)受高溫處理，否則由于雜質(zhì)的再分布而是摻雜濃度下降到不能停止各向腐蝕液腐蝕，這就給在同一硅片上制造控制加熱電阻器的開關(guān)電路以及其它配套電路帶來困難。
本發(fā)明的總的目的就是提出一種熱汽噴墨打印頭，解決上述兩片結(jié)構(gòu)和單片結(jié)構(gòu)熱汽噴墨打印頭存在的問題。
本發(fā)明的特點(diǎn)之一，是提出一種熱汽噴墨打印頭，其加熱電阻器由隔熱的介質(zhì)墻分割開的單晶硅區(qū)形成，實(shí)現(xiàn)加熱電阻器材料與電阻器支持材料的同質(zhì)化，消除異質(zhì)材料的熱脹系數(shù)失配問題。
本發(fā)明的特點(diǎn)之二，是提出一種熱汽噴墨打印頭，其引導(dǎo)墨水的毛細(xì)管隱埋在形成加熱電阻器的單晶硅區(qū)之下，使單晶硅區(qū)的下表面為毛細(xì)管壁的一部分，實(shí)現(xiàn)加熱電阻器與待加熱墨水的直接接觸。
本發(fā)明的特點(diǎn)之三，是提出一種熱汽噴墨打印頭，其加熱電阻器由標(biāo)準(zhǔn)雙極集成電路的硅外延層制造，提高與雙極集成電路制造的兼容性，便于實(shí)現(xiàn)單片集成和降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的特點(diǎn)之四，是提出一種熱汽噴墨打印頭，其引導(dǎo)墨水的毛細(xì)管，包括毛細(xì)管側(cè)壁和頂蓋均由硅單晶材料制造，有利于改進(jìn)毛細(xì)管的密封性能和實(shí)現(xiàn)毛細(xì)管的進(jìn)一步微型化。
本發(fā)明的特點(diǎn)之五，是提出一種熱汽噴墨打印頭，其形成微結(jié)構(gòu)的微機(jī)械加工技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的雙極集成電路制造技術(shù)以及雙極CMOS制造技術(shù)具有更高的兼容性。
為了詳細(xì)介紹本發(fā)明提供的熱汽噴墨打印頭的精細(xì)結(jié)構(gòu)，制造步驟，和結(jié)構(gòu)形成過程，本文附有十四幅圖。


圖1為本發(fā)明提出的熱汽噴墨打印頭部分切除斜視示意圖。
圖2至圖14表示本發(fā)明提出的熱汽噴墨打印頭在各主要制造步驟橫剖面示意圖。
下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明提出的熱汽噴墨打印頭的結(jié)構(gòu)及其獨(dú)特配置，制造步驟及其創(chuàng)新技術(shù)詳細(xì)說明。
本發(fā)明提出的熱汽噴墨打印頭如圖1所示。該熱汽噴墨打印頭包括硅襯底101，硅外延層102，隔熱介質(zhì)層104，金屬粘附層105，金屬層106，噴嘴112，毛細(xì)管110，毛細(xì)管側(cè)壁111，墨水槽109，加熱電阻器107，金屬布線108，隔熱介質(zhì)墻103。噴嘴112排列成兩排，每個(gè)噴嘴垂直往下穿越金屬層106，金屬粘附層105，隔熱介質(zhì)層104，和硅外延層102，與毛細(xì)管110垂直相交。毛細(xì)管110隱埋在硅外延層102之下，平行排列，其一端與噴嘴112一一相對(duì)通，另一端與墨水槽109相通，相鄰毛細(xì)管之間由毛細(xì)管側(cè)壁111分開。墨水從墨水槽109下部的開口流入，經(jīng)墨水槽109分配進(jìn)入各毛細(xì)管110。隔熱墻103垂直穿越硅外延層102，將其分割成若干相互隔熱的單晶硅區(qū)，每個(gè)加熱電阻器107占據(jù)一個(gè)單晶硅區(qū)。加熱電阻器107通電后產(chǎn)生焦耳熱，此熱量輸送至墨水管將墨水加熱。熱量的水平方向流動(dòng)只限于一個(gè)單晶硅區(qū)的范圍，區(qū)與區(qū)之間的流動(dòng)被隔熱墻103阻擋。熱量垂直往上流動(dòng)的路徑被隔熱介質(zhì)層104阻擋，能流過的熱量是很少的。加熱電阻的下部有一單晶硅薄層，再往下是毛細(xì)管里的墨水，熱量往下進(jìn)入墨水是唯一熱阻最小的流通渠道，大部分熱量由此進(jìn)入墨水。墨水加熱后汽化形成汽泡，汽泡長(zhǎng)大，產(chǎn)生壓力，將毛細(xì)管處于汽泡和噴嘴之間的墨水柱擠壓出噴嘴。
本發(fā)明提出的熱汽噴墨打印頭的制造以多孔硅加工為基礎(chǔ)。多孔硅是一種含有大量微孔的單晶硅。單晶硅在HE溶液中進(jìn)行陽極氧化時(shí)，給微區(qū)硅塊提供空穴，使微區(qū)硅塊溶解于HF溶液，形成枝條狀孔隙，而未獲得空穴的硅塊不溶解于HF溶液，形成枝條狀硅絲，孔隙和硅絲的直徑分布從幾十埃到幾百埃。多孔硅的形成與硅的摻雜類型和摻雜濃度密切相關(guān)，不同的摻雜類型和摻雜濃度有著不同的陽極氧化電壓閾值，如果外加電壓低于特定的電壓閾值，則陽極氧化不會(huì)發(fā)生，或已經(jīng)發(fā)生的陽極氧化會(huì)立即停止，多孔硅不會(huì)形成或停止形成。依照形成多孔硅所需陽極電壓閾值，按大小排列，一般的規(guī)律是n+＜p+＜p-＜n-。依據(jù)這個(gè)規(guī)律，可以通過控制施加的陽極電壓值，使p-型或n-型硅片的n+-型區(qū)或p+-型區(qū)形成多孔硅。
多孔硅具有非常大的比表面積，在高溫下與氧反應(yīng)進(jìn)行得非?？?，并且反應(yīng)瞬間擴(kuò)展到整個(gè)多孔硅層，因而可以在短時(shí)間內(nèi)，在比較低的溫度下形成厚氧化多孔硅層。但在比較低的溫度下形成的熱氧化多孔硅未經(jīng)高溫致密化處理，其耐HF溶液腐蝕的能力不及常規(guī)的熱氧化硅。就緩沖HF溶液腐蝕作比較，腐蝕熱氧化多孔硅的速率大約為腐蝕熱氧化硅的速率的一百倍，或腐蝕熱氧化多孔硅對(duì)熱氧化硅的選擇性大約為100。氧化多孔硅比較容易腐蝕，是由于其結(jié)構(gòu)仍然為多孔結(jié)構(gòu)，只是孔隙率遠(yuǎn)低于未氧化的多孔硅。
各向異性腐蝕溶液腐蝕硅，常用熱氧化硅作保護(hù)膜，這是因?yàn)檫@些腐蝕液對(duì)熱氧化硅的腐蝕速率非常低。比如說，各向異性腐蝕液四乙基氫氧化銨[(C2H5)4NOH]對(duì)熱氧化硅的腐蝕速率比對(duì)硅的腐蝕低四個(gè)數(shù)量級(jí)。實(shí)際上，熱氧化多孔硅也可以用作各向異性腐蝕液腐蝕硅的保護(hù)膜，就四乙基氫氧化銨而言，其對(duì)熱氧化多孔硅的腐敗速率比對(duì)硅的腐蝕低二個(gè)數(shù)量級(jí)，同樣可以有效地保護(hù)其覆蓋的硅面不受四乙基氫氧化銨的腐蝕。
本發(fā)明提出的熱汽噴墨打印頭的制造流程如圖2至圖14所示。制造熱汽噴墨打印頭的起始材料為p--型摻硼(100)硅片201，單面拋光，電阻率10-20歐姆-厘米。硅片201在1100℃的濕氧中進(jìn)行熱氧化，在硅片表面形成厚約9000埃的二氧化硅層202。進(jìn)行光刻腐蝕，在二氧化硅層202中形成擴(kuò)散窗口。進(jìn)行n+-型埋層擴(kuò)散，箱法擴(kuò)銻，擴(kuò)散源為Sb2O3(粉末)∶SiO2(粉末)＝1∶4的混合體。將擴(kuò)散源置于石英箱底，蓋上石英蓋，在1220℃烘焙20分鐘進(jìn)行脫水處理。擴(kuò)散時(shí)將硅片裝入石英箱，在1200℃擴(kuò)散約14小時(shí)。擴(kuò)散氣氛為N2∶O2＝1∶0.15-0.4的混合氣體，該氣體以100ml/min的速率流過反應(yīng)室。擴(kuò)散形成n+-型層203，其方塊電阻約20歐姆，其結(jié)深約10微米，其形成的擴(kuò)散層結(jié)構(gòu)如圖2所示。
進(jìn)行又一次光刻腐蝕，擴(kuò)大二氧化硅層202中原擴(kuò)散窗口的面積。進(jìn)行又一次埋層擴(kuò)散，也是采用箱法銻擴(kuò)散，擴(kuò)散過程與上述埋層擴(kuò)散過程相同，只是擴(kuò)散時(shí)間縮短為約1小時(shí)。擴(kuò)散后原來的埋層略有加深，而在擴(kuò)大的擴(kuò)散窗口區(qū)域形成n+-型擴(kuò)散層204，其方塊電阻約25歐姆，結(jié)深約1.5微米，其形成的擴(kuò)散層結(jié)構(gòu)如圖3所示。
清除硅片201表面的二氧化硅層202后，進(jìn)行硅外延生長(zhǎng)。硅片入爐后通HCl氣體3-5分鐘，腐蝕去除0.3至0.5微米的硅片表面層。外延生長(zhǎng)以SiCl4和H2為源，生長(zhǎng)在1150℃進(jìn)行，通過控制時(shí)間獲得厚約4.5微米的外延層205，其電阻率為10-15歐姆-厘米，其形成的外延層結(jié)構(gòu)如圖4所示。
進(jìn)行熱氧化，在外延層205表面形成厚約5000埃的二氧化硅層206。進(jìn)行光刻腐蝕，在二氧化硅層206中形成擴(kuò)散窗口。進(jìn)行兩步硼擴(kuò)散，先預(yù)沉積，以BN片為源，沉積溫度950℃，沉積時(shí)間20分鐘，在外延層表面形成硼擴(kuò)散源層。然后進(jìn)行擴(kuò)散推進(jìn)，溫度1225℃，時(shí)間約2小時(shí)，形成結(jié)深約2微米，方塊電阻約10歐姆的p+-型擴(kuò)散區(qū)207，其形成的擴(kuò)散區(qū)結(jié)構(gòu)如圖5所示。
清除外延層205上的二氧化硅層206，用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法，形成厚約4000埃的低應(yīng)力富含硅氮化硅層208。沉積條件溫度850℃，氣壓150mTorr，氣源SiH2Cl2和NH3，SiH2Cl2和NH3的流量比為5.68。形成的氮化硅層的折射率(n)為2.19，所含硅氮比(Si/N)為0.95，薄膜殘余應(yīng)力為125MPa。進(jìn)行光刻形成光刻膠圖形。以光刻膠圖形為掩蔽，進(jìn)行反應(yīng)離子腐蝕(RIE)，先腐蝕透氮化硅層208，接著腐蝕透外延層205，形成寬約2微米，垂直下通埋層203和204的槽溝209。腐蝕氮化硅的條件腐蝕氣體SF6+He＝175∶50sccm，氣壓375mTorr，RF功率250W，RF頻率13.56MHz。腐蝕外延硅的條件腐蝕氣體Cl2+He+180∶400sccm，氣壓425mTorr，RF功率275W，RF頻率13.56MHz。此步制造形成的結(jié)構(gòu)如圖六所示。
在HF溶液中進(jìn)行陽極氧化形成多孔硅。陽極氧化槽為聚四氟乙烯加工而成的雙室槽，兩室之間由待加工的硅片隔離，每個(gè)分室均充滿HF溶液，并有鉑電極通向槽外。待加工的硅片正面朝陰極，背面朝陽極，多孔硅形成在硅片的正面。HF溶液的配方為25％的HF，25％的水，和50％的無水乙醇。施加直流電壓，使電流密度保持在大約為100mA/cm2。在此條件下埋層203和204轉(zhuǎn)變成多孔硅層210，形成的多孔硅空隙率分布在60％-70％范圍內(nèi)。埋層203和204區(qū)域以外的n--型硅不受陽極氧化的影響。此步制造形成的結(jié)構(gòu)如圖7所示。
進(jìn)行熱氧化形成氧化多孔硅。熱氧化分兩步進(jìn)行，先在300℃的干氧中氧化1小時(shí)，接著在850℃的濕氧中氧化1小時(shí)。低溫氧化的作用，是防止在高溫處理過程中微孔崩潰塌陷使多孔硅的結(jié)構(gòu)遭到破壞。高溫氧化剛開始，整個(gè)多孔硅層幾乎同時(shí)開始氧化，并且在比較短的時(shí)間內(nèi)形成與多孔硅層210幾乎同厚的氧化多孔硅層211。由于氧化進(jìn)行得很快，一個(gè)小時(shí)的氧化就足以將整個(gè)多孔硅層轉(zhuǎn)變成100％的氧化物。再次用LPCVD方法，形成覆蓋外延層205的氮化硅層213和填充槽溝209的氮化硅墻212。此步制造形成的結(jié)構(gòu)如圖8所示。
進(jìn)行光刻腐蝕，在氮化硅層213中形成接觸孔，露出p+-型擴(kuò)散區(qū)207的兩端。用電子束蒸發(fā)方法，沉積厚約1微米的鋁層，并進(jìn)行光刻腐蝕形成包括歐姆接觸部分214在內(nèi)的鋁布線，如圖9所示。與此同時(shí)形成圖中未畫出的與外電路連接的壓焊塊。
用LPCVD方法，形成厚約2微米的磷硅玻璃(PSG)層215，此層覆蓋外延層205表面形成的氮化硅層213和鋁布線的歐姆接觸部分214，用作表面鈍化層，如圖10所示。
用電子束蒸發(fā)方法，依次形成厚約300埃的鉻層和厚約4000埃的鎳層。進(jìn)行光刻形成光刻膠圖形，以光刻膠圖形為掩蔽，濕法腐蝕鎳和鉻。腐蝕鎳的溶液為硝酸200ml，鹽酸200ml，水600ml。腐蝕鉻的溶液為高酸鈰銨10g，高氯酸5ml，水100ml。以鎳圖形為掩蔽，用RIE方法，腐蝕穿透PSG層215，二氧化硅層213，和外延層205，形成噴嘴218。腐蝕PSG和二氧化硅的條件腐蝕氣體CF4∶CHF3∶He＝90∶30∶120sccm，氣壓2.8mTorr，RF功率450W，RF頻率13.56MHz。腐蝕外延硅的條件與前面用的相同。此步制造形成的結(jié)構(gòu)如圖11所示。
進(jìn)行光刻腐蝕露出圖中未畫出的壓焊塊。接著進(jìn)行又一次光刻，用光刻膠填充噴嘴218和覆蓋壓焊塊，并形成從噴嘴218伸展而出的光刻膠柱219。然后進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，以電子束蒸發(fā)方法形成的鎳層217為底膜，形成厚約5-6微米的鎳層220?；瘜W(xué)鍍液以氯化鈉和硫酸鈉為主鹽，次亞磷酸鈉和己二醇鈉為還原劑，檸檬酸鈉為緩沖劑，檸檬酸為絡(luò)合劑。反應(yīng)溫度為90-95℃，薄膜沉積速率為290nm/min。此步制造形成的結(jié)構(gòu)如圖12所示。
進(jìn)行光刻腐蝕，在硅片201背面的二氧化硅層中形成矩形的腐蝕窗口。進(jìn)行硅各相異性腐蝕，腐蝕液為四甲基氫氧化銨，縮寫為TMAH，化學(xué)分子式為(C2H5)4NOH。這種腐蝕液可用作正光刻膠的顯影液，沒有毒性，對(duì)鋁腐蝕速率很低，可以在CMOS制造工藝中應(yīng)用。腐蝕裝置為恒溫玻璃容器，配置有攪拌器和回流冷凝器。腐蝕條件溶液為22％的TMAH，溫度控制在90℃。在此條件下，對(duì)(100)硅晶面的腐蝕速率約1400nm/min，對(duì)(111)和(100)硅晶面的腐蝕速率比為0.02至0.08。對(duì)熱氧化硅和熱氧化多孔硅的腐蝕速率，分別比對(duì)(100)硅晶面的腐蝕速率低四個(gè)和二個(gè)數(shù)量級(jí)。腐蝕從二氧化硅中的窗口往硅片里進(jìn)行，腐蝕到熱氧化多孔硅層211時(shí)會(huì)自動(dòng)停止。但仍需注意控制腐蝕時(shí)間，以免過于超過預(yù)定時(shí)間，以致腐蝕熱氧化多孔硅層211進(jìn)而腐蝕外延層205。此步制造形成的墨水槽221如圖13所示。
用光刻膠保護(hù)硅片201的正面，用BHF∶H2O＝1∶5腐蝕液腐蝕熱氧化多孔硅，BHF溶液成分為40％NH4F∶HF＝1∶6。腐蝕去除墨水槽221底部的熱氧化多孔硅層211后，腐蝕繼續(xù)朝有熱氧化多孔硅的管區(qū)進(jìn)行，一直到全部熱氧化多孔硅腐蝕掉為止。BHF腐蝕液對(duì)氮化硅墻212不腐蝕。BHF腐蝕液對(duì)管區(qū)周圍的硅壁也不腐蝕。此步制造形成上連噴嘴218下連墨水槽221的毛細(xì)管222，如圖14所示。清除硅片201正面的光刻膠和光刻膠柱219，顯現(xiàn)噴嘴218和圖中未畫出的壓焊塊。至此完全了全部熱汽噴墨打印頭的制造過程。
上面詳細(xì)敘述了熱汽噴墨打印頭的制造過程，所提供的制造工藝是最好的，但并不是唯一可行的。根據(jù)本發(fā)明提出的噴墨打印頭的基本特征和基本制造方法，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員很容易進(jìn)行模仿，做出具有本發(fā)明特征的噴墨打印頭。不僅如此，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員還很容易進(jìn)行改換，改變或調(diào)整某些材料，某些配方和某些制造步驟，但基本原理，基本方法，和基本技術(shù)不作變動(dòng)，同樣可以做出其有本發(fā)明特征的噴墨打印頭。
權(quán)利要求
1.一種高效傳熱的熱汽噴墨打印頭，其特征是打印頭的加熱電阻器為單晶硅電阻器；所說單晶硅電阻器處于隔熱介質(zhì)墻分割開的單晶硅區(qū)中；所說單晶硅區(qū)的下表面為引導(dǎo)墨水流向噴嘴的毛細(xì)管管壁的一部分；所說毛細(xì)管包括毛細(xì)管側(cè)壁和頂蓋都由單晶硅形成。
2.一種制造高效傳熱的熱汽噴墨打印頭的方法，其特征是制造步驟包括準(zhǔn)備輕摻雜的硅片；在所說輕摻雜硅片上形成重?fù)诫s區(qū)，重?fù)诫s區(qū)的中部為矩形，矩形的兩長(zhǎng)邊側(cè)邊為平行手指形狀；在所說輕摻雜硅片上形成輕摻雜的硅外延層；在所說硅外延層上形抗HF腐蝕的保護(hù)膜；形成穿越所說抗HF腐蝕的保護(hù)膜和硅外延層，并與所說重?fù)诫s區(qū)相連的溝槽；在HF腐蝕中進(jìn)行陽極氧化，將所說重?fù)诫s區(qū)的硅轉(zhuǎn)變成多孔硅；進(jìn)行熱氧化將所說多孔硅轉(zhuǎn)變成氧化多孔硅；用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)的氮化硅覆蓋所說溝槽內(nèi)部表面形成氮化硅墻襯；形成單晶硅加熱電阻器；形成連接所說加熱電阻器的金屬布線；形成磷硅玻璃鈍化層并同時(shí)填充所說溝槽形成磷硅玻璃墻；在所說鈍化層表面形成金屬保護(hù)膜；形成穿越所說金屬保護(hù)膜，氮化硅膜，和硅外延層的噴嘴；進(jìn)行各向異性腐蝕，在所說硅片背面形成以所說氧化多孔硅的矩形部分為底的墨水槽；用緩沖HF溶液(BHF)腐蝕所說氧化多孔硅，形成連接所說噴嘴和所說墨水槽的毛細(xì)管。
3.一種制造高效傳熱的熱汽噴墨打印頭的方法，其權(quán)利要求2所述輕摻雜硅片的電阻率分布范圍為0.2至20歐姆厘米。
4.一種制造高效傳熱的熱汽噴墨打印頭的方法，其權(quán)利要求2所述輕摻雜硅片的晶面為(100)/(110)晶面。
5.一種制造高效傳熱的熱汽噴墨打印頭的方法，其權(quán)利要求2所述重?fù)诫s區(qū)的摻雜濃度分布范圍為1018/cm3至1020/cm3。
6.一種制造高效傳熱的熱汽噴墨打印頭的方法，其權(quán)利要求2所述輕摻雜的硅外延層的電阻率分布范圍為0.2至20歐姆厘米。
7. 一種制造高效傳熱的熱汽熱噴墨打印頭的方法，其權(quán)利要求2所述抗HF腐蝕的保護(hù)膜為低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)形成的低應(yīng)力氮化硅層。
8.一種制造高效傳熱的熱汽噴墨打印頭的方法，其權(quán)利要求2所述抗HF腐蝕的保護(hù)膜為等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)形成的未摻雜無定形碳化硅層。
9.一種制造高效傳熱的熱汽噴墨打印頭的方法，其權(quán)利要求2所述抗HF腐蝕的保護(hù)膜為等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)形成的未摻雜無定形非晶硅層。
10.一種制造高效傳熱的熱汽噴墨打印頭的方法，其權(quán)利要求2所述多孔硅孔隙率分布范圍為50％至80％。
11.一種制造高效傳熱的熱汽噴墨打印頭的方法，其權(quán)利要求2所述氧化多孔硅熱氧化溫度分布范圍為750℃至900℃。
12.一種制造高效傳熱的熱汽噴墨打印頭的方法，其權(quán)利要求2所述加熱電阻器為外延硅電阻器。
13.一種制造高效傳熱的熱汽噴墨打印頭的方法，其權(quán)利要求2所述加熱電阻器為摻雜硅電阻器。
全文摘要
一種高效熱傳輸?shù)臒崞麌娔蛴☆^,其加熱電阻器由隔熱介質(zhì)墻分割的單晶硅區(qū)形成,單晶硅區(qū)的下表面為毛細(xì)管管壁的一部分,加熱電阻的熱量直接由單晶硅區(qū)流入毛細(xì)管的墨水。該打印頭的制造以多孔硅加工為基礎(chǔ)。主要包括:通過在HF溶液中的陽極氧化,將單晶硅中重?fù)诫s的埋層轉(zhuǎn)變成多孔硅;通過高溫?zé)嵫趸瘜⒍嗫坠柁D(zhuǎn)變成氧化多孔硅;利用氧化多孔硅耐硅腐蝕液腐蝕的特性,用作硅各向異性化學(xué)腐蝕的停止層;利用氧化多孔硅易被緩沖HF溶液腐蝕的特性,選擇腐蝕氧化多孔硅。
文檔編號(hào)B41J2/05GK1262998SQ9910070
公開日2000年8月16日 申請(qǐng)日期1999年2月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月10日
發(fā)明者涂相征, 李韞言 申請(qǐng)人:李韞言